Het apparaatje dat hoogleraar Jochem Baselmans in zijn lab in zijn handen houdt is niet veel groter dan een luciferdoosje. Toch pakken onderzoekers van prestigieuze universiteiten in de Verenigde Staten en medewerkers van ruimtevaartorganisatie Nasa met liefde het vliegtuig om dit dingetje van dichtbij te bekijken.
‘Heel Amerika staat hier op de stoep, want dit kunnen ze niet zelf. We lopen hiermee mijlenver voor op de rest van de wereld. En als ze hier komen, kunnen we ook echt iets laten zien’, zegt hij met een knik richting het apparaatje in zijn hand. ‘Iets waarvan we kunnen aantonen dat het werkt.’
Het vertrouwen van Baselmans in wat hij en zijn groep maken is net zo reusachtig als zijn trots op de positie die ze daarmee verworven hebben in het internationale wereldje van astronomische meetapparatuur. ‘Concurrentie? Nee, die hebben we niet echt. Er bestaat niemand die dit zo kan maken als wij. Hooguit het Jet Propulsion Laboratory (JPL) van Nasa in Pasadena… maar met hen werken we nu samen’, zegt hij.
Over de auteur
George van Hal schrijft over sterrenkunde, natuurkunde en ruimtevaart voor de Volkskrant. Hij publiceerde boeken over alles van het heelal tot de kleinste bouwstenen van de werkelijkheid.
Die samenwerking vindt plaats in het kader van ruimtetelescoop Prima, een apparaat dat voorlopig slechts op de tekentafel bestaat. Toch hopen de bedenkers dat hij de astronomie verder zal opschudden, net zoals voorganger James Webb.
De telescoop kan straks namelijk ‘bestuderen hoe zwarte gaten en de sterrenstelsels waarin ze zich bevinden elkaars groei reguleren, hoe de elementen van het leven – koolstof, stikstof en zuurstof – in het nog jonge universum zich verzamelen diep in stoffige sterrenstelsels, en hoe planeten ontstaan in onze hoek van de Melkweg’, zegt Matt Bradford van JPL. En er is nog meer: zo kan Prima kosmische magneetvelden in kaart brengen, in detail helpen doorgronden hoe sterren ontstaan en ontdekken waar al het water op aarde precies vandaan komt. ‘En dan zijn de spannendste resultaten van zo’n ruimtetelescoop waarschijnlijk überhaupt nog niet bekend’, zegt hij.
Of Prima al die kosmische doelstellingen kan behalen, valt of staat met wat Baselmans in zijn laboratoria in Leiden, Delft en Groningen produceert. ‘De detectoren zijn voor Prima eigenlijk de enige grote uitdaging’, zegt Bradford. Die Mkids-detectoren (voluit: microwave kinetic inductance detector) moeten zich namelijk eerst nog bewijzen in de praktijk.
De detectoren van Baselmans zijn opgebouwd uit een raster van losse meetinstrumentjes – ‘pixels’ in vakjargon, omdat elk meetinstrumentje voor één pixel in het uiteindelijke beeld zorgt. Die pixels zijn gemaakt van een supergeleidend laagje dat warmtestraling uit het heelal opvangt en daarmee vervolgens een signaal opwekt, vergelijkbaar met hoe de detectoren in een digitale camera dat doen wanneer er licht op valt.
Cruciaal is dat de Mkids werken bij veel lagere temperaturen dan reguliere camera’s en zelfs dan de detectoren die radiotelescoop James Webb aan boord heeft. Wie warmtestraling uit de kosmos wil opvangen moet zelf namelijk extreem koud zijn, om dezelfde reden dat een gevoelige microfoon zelf geen herrie mag produceren. Gekoeld tot slechts eentiende graad boven het absolute nulpunt - zo’n 120 millikelvin - maken de Mkids van Baselmans Prima een miljard keer sneller dan zijn voorgangers. ‘De detectoren hebben een véél betere signaal/ruis-verhouding’, zegt Baselmans.
Dankzij die gevoeligheid kunnen ze subtiele warmtestraling uit de kosmische diepte plukken die bij James Webb nog verdrinkt in de achtergrondruis afkomstig van het instrument zelf. Op die manier kan een ruimtetelescoop uitgerust met zulke detectoren het beeld van hoe het heelal er in zijn jeugdjaren uitzag verder inkleuren. ‘Zo’n opvolger van de James Webb staat al ruimschoots op de tekentafel. We weten dat die er zal komen’, zegt Baselmans.
Reden is dat zo’n telescoop, die het heelal kan waarnemen in het verre-infrarood zoals astronomen dat zeggen, al is opgenomen in de decadal survey, de meerjarenstrategie van de Amerikaanse astronomie. Nasa, die het apparaat moet bouwen, heeft op zijn beurt al het eerste verzoek tot voorstellen de wereld ingestuurd. Logisch: een ruimtetelescoop is een meerjarenproject waarvoor de eerste onderzoeken en technologische ontwikkelingen vaak al een of twee decennia voor lancering plaatsvinden.
Daarbij is het ruimtevaartagentschap overigens op zoek naar een apparaat dat iets goedkoper is van opzet dan prestigetelescopen zoals Hubble of James Webb. Desondanks zal het de wetenschappelijke mogelijkheden van die laatste wel degelijk overtreffen, al was het al maar omdat de technologie van Webb tegen de tijd dat een opvolger wordt gelanceerd alweer flink achterhaald is.
‘Over tien jaar moet zo’n telescoop er zijn en elke groep uit Amerika die nu bezig is met een voorstel is naar Sron gekomen om te kijken naar onze detectoren. We werken nu concreet met drie van de vier groepen die bezig zijn met zo’n Nasa-voorstel samen’, zegt Baselmans.
Dat is overigens best opvallend. Want juist Nasa’s JPL is de geboorteplek van het achterliggende detectorconcept. ‘Kids-detectoren zijn hier uitgevonden’, zegt Bradford. ‘Wij bouwen ze vooral voor meetinstrumenten die gebruikt worden op ballonmissies en op de grond. De groep van Baselmans heeft hard gewerkt om de Kids-technologie gevoeliger te maken én robuuster, zodat het ook geschikt is voor ruimtemissies. Wat zij maken is het beste dat nu beschikbaar is.’
Bradford noemt de samenwerking met de groep van Baselmans bijzonder omdat ze kennis uitwisselen op een dieptechnologisch niveau. Toch is het volgens hem in het algemeen ‘niet ongebruikelijk dat JPL samenwerkt met partners van buiten de VS’.
Voordat de Prima-telescoop waaraan Bradford en Baselmans samenwerken ergens in het volgende decennium de ruimte in kan, moet hij eerst de selectierondes bij Nasa overleven. De telescoop is een van vier kandidaten voor zo’n opvolger van James Webb. ‘In oktober van dit jaar verwachten we ons eerste voorstel in te sturen. Nasa zal de formele aankondiging daarvan pas negentig dagen van tevoren vrijgeven’, zegt Bradford. Als de telescoop die fase overleeft, financiert Nasa een uitgebreider vooronderzoek van negen tot twaalf maanden. Pas eind 2025 volgt de uiteindelijke keuze voor een ruimtetelescoop.
Baselmans werkt bovendien ook mee aan twee van de andere telescoopvoorstellen, Saltus en Firsst. ‘Al hebben we met die groepen geen wetenschappelijke samenwerking op het gebied van detectorontwikkeling’, zegt hij. Beide kopen de Nederlandse detectortechnologie alleen in, in plaats van het samen tot in de details te ontwikkelen.
Dat zijn detectoren zo in trek zijn, is het gevolg van de manier waarop hij en zijn collega’s hun onderzoek doen, oordeelt Baselmans. ‘Wij kunnen universitair onderzoek bij de TU Delft combineren met een ingenieursomgeving bij SRON waar men ervaring heeft met het maken van ruimte-instrumentatie. Daardoor ontwikkelen wij dit soort technologie op veel hogere snelheid dan anderen die alleen in een academische omgeving actief zijn.’
De eerste onderzoeken naar de Nederlandse Mkids-detectoren zijn volgens Bradford goed van start gegaan. Twee doelen zijn al bereikt, zegt hij. Allereerst blijkt dat de detectoren inderdaad voldoende gevoelig zijn voor gebruik op toekomstige ruimtetelescopen, zo beschreven Baselmans en collega’s vorig jaar in het vakblad Astronomy & Astrophysics. Bovendien blijken de losse detectoren bij experimenten in zowel Nederland als de VS goed samen te werken. In de uiteindelijke ruimtetelescoop zullen verschillende detectoren samen naar de kosmos kijken. Niet alleen die van Baselmans, maar ook varianten ontwikkeld in de VS. ‘Die experimenten gebeurden nog met de vorige generatie detectoren. We zijn nu volledige prototypes aan het bouwen van Prima en die aan het testen’, zegt Bradford.
De laatste resterende uitdaging is dat de detectoren nog niet getest zijn op warmtestraling met alle mogelijke golflengten die het volgens de opzet moet kunnen meten. ‘We hebben momenteel vooral veel ervaring met iets langere golflengten, maar de eerste meetgegevens van de prestaties bij kortere golflengten zien er gelukkig goed uit’, zegt Bradford.
Ondanks al dat voorwerk is het nog niet zeker dat de Mkids-detectoren ergens in het volgende decennium werkelijk de geheimen van de kosmos zullen helpen ontsluiten. Daarvoor moet men bovenal het oordeel van de mensen bij Nasa afwachten, zegt Baselmans. ‘Daar komt ook veel politiek bij kijken. Het grootste risico voor ons is dat de experts daar concluderen dat onze technologie er nog niet klaar voor is. Het enige dat wij kunnen doen is zorgen dat de detectoren de vereiste gevoeligheid halen en perfect werken. Op de rest hebben we zo goed als geen invloed.’
Om u deze content te kunnen laten zien, hebben wij uw toestemming nodig om cookies te plaatsen. Volkskrant